Nella seconda metà del Cinquecento, la villa che diventerà il Castello del Valentino fu acquistata da Emanuele Filiberto, che incominciò ad abbellirla, pare su suggerimento del Palladio. Il Castello diventò magnifico a partire dal 1620, quando Cristina di Francia, sposa tredicenne di Vittorio Amedeo I, si innamorò del paesaggio e ne fece la sua residenza a partire dal 1630, anno in cui divenne Duchessa di Savoia. La costruzione, su progetto di Carlo ed Amedeo di Castellamonte, terminò nel 1660: essa fu influenzata dal gusto della principessa francese, specie per quanto riguarda i tetti, e le aggiunte del frontone sulla facciata e del falso secondo piano. Nell’Ottocento furono eliminati l’atrio colonnato, i padiglioni laterali di fondo e le terrazze laterali.
Le decorazioni interne (lesene, cornicioni, volute, motivi floreali, rosoni ecc.) sono opera di maestri stuccatori svizzeri, e si possono ammirare nelle magnifiche sale del primo piano: il Salone d’Onore, la Stanza Verde, quella delle Rose, del Valentino, dello Zodiaco, dei Fiori, dei Gigli, del Negozio, della Guerra, delle Magnificenze, delle Battaglie, della Caccia, delle Feste, delle Fatiche d’Ercole. Dell’ arredamento seicentesco del Castello, uno dei più vasti di cui si abbia avuto notizia, non resta quasi nulla, disperso in larga parte dai francesi nel primo Ottocento e in seguito trascurato dall’incuria piemontese.
La vita del Castello fu allietata da grandiose feste e da spettacoli, di cui si è tramandata ampia memoria. Tuttavia, la vox populi sussurrava che il Castello fosse anche teatro di storie di lussuria, protagonista la bella Cristina. Pare che la Duchessa si sbarazzasse degli amanti facendoli scomparire in trabocchetti che davano ai sotterranei: sotto forma di fantasmi, le loro anime uscivano di notte dalle segrete e si aggiravano nei giardini.
Dopo la Rivoluzione Francese e la Restaurazione, l’edificio divenne sede di varie esposizioni di prodotti industriali e, nel 1860, fu adibito a scuola di Ingegneria. Il Castello è oggi sede della Facoltà di Architettura del Politecnico di Torino.